Lubricación de Cojinetes

Los lubricantes separan los elementos rodantes de la pista de contacto y lubrica las caras corredizas dentro del cojinete. El lubricante también previene la corrosión protegiendo y enfriando los cojinetes. El parámetro principal para la selección de lubricantes es la viscosidad, ν.

Los aceites lubricantes están identificados por un Numero de Grado en la Viscosidad ISO (VG). El numero VG es la viscosidad del aceite a 40°C (104°F). Los grados comunes del aceite son mostrados en la figura 33; para este grafico, la viscosidad ISO de un grado de aceite puede ser determinado en la temperatura de operación del cojinete.

64 Los lubricantes para los rodamientos en cojinetes dependen del tamaño del cojinete dm* y la velocidad de operación n, pero pequeña en carga del cojinete. La viscosidad

mínima requerida del lubricante v1 necesitada en temperaturas del cojinete en

operación está obtenida en la figura 34.

El lubricante actual seleccionado para una aplicación deberá proveer mayor viscosidad v que la viscosidad mínima requerida v1 (i.e. Kappa, k > 1.0).

FIGURA 34. EQUIVALENCIAS DE VISCOSIDADES.

La tabla mostrada más adelante nos da recomendaciones de lubricantes generales para usar en cojinetes de bombas centrifugas.

Estas recomendaciones son validas para velocidades de operación de entre el 50 y 100% de los rangos de velocidad en los catálogos de cojinetes. En velocidades más grandes, grandes grados de viscosidad deberían ser considerados.

El radio de viscosidad, Kappa deberá ser la guía para evaluar la viscosidad. Kappa > 1.5 es preferible.

La viscosidad del lubricante no deberá ser mayor cuando esto causaría fricción excesiva en el cojinete y calor.

65 GRADO DE VISCOCIDAD ISO RECOMENDADO

TEMPERATURA DEL COJINETE EN OPERACIÓN °C (°F) COJINETES DE RODAMIENTOS CILÍNDRICOS Y DE BOLA OTROS COJINETES CON RODAMIENTOS 70(150) VG46 VG68 80(176) VG68 VG100 90(194) VG100 VG150

TABLA DE RECOMENDACIÓN DE LUBRICANTES.

La frecuencia del cambio de aceite depende de las condiciones de operación y de la calidad del lubricante. La calidad de aceites minerales con un índice mínimo de viscosidad de 95 son recomendados.

Aceite multigrado, y lubricantes con detergentes y con viscosidad mejorada no son recomendados. Los aceites minerales se oxidan y deben ser remplazados en intervalos de tres meses cuando son operados continuamente a 100 °C (212 °F). Largos intervalos entre remplazos son posiblemente a bajas temperaturas de operación.

Los aceites sintéticos son más resistentes al deterioro cuando son expuestos a altas temperaturas y pueden permitir remplazarlos con menor frecuencia. Los lubricantes pueden requerir más frecuentes remplazos si se presenta contaminación.

Los métodos más comunes de lubricación de cojinetes en bombas son: el baño de aceite, anillo de aceite, paño de aceite y grasa. La lubricación circulatoria es también usada opcionalmente.

Lubricación por baño de aceite.

En aplicaciones de orientación horizontal, el nivel de baño de aceite es puesto en el centro de los elementos rotativos más lentos de los cojinetes donde la bomba está parada, (figura 35).

Una vidrio trasparente o una mirilla es necesaria para visualizar el nivel de aceite fijado en el cojinete. El nivel de aceite visualizado en el vidrio variará ligeramente cuando la flecha este rotando, debido al esparcimiento y arrojamiento del aceite en la carcasa. La carcasa deberá permitir el flujo libre del aceite dentro de cada parte del cojinete. La carcasa deberá tener un bypass debajo abriendo los cojinetes para permitir el flujo libre del aceite.

La sección de cruce de la abertura podrá ser estimada de acuerdo a la siguiente ecuación:

66 Donde:

A = área de sección de cruce del Bypass abriendo, mm2 n = velocidad de rotación, RPM.

dm = diámetro promedio del cojinete = 0.5 (d + D), mm.

FIGURA 35. LUBRICACIÓN POR BAÑO DE ACEITE.

El valor pequeño a partir de la ecuación de arriba se aplica a cojinetes de bolas y el mayor valor a cojinetes con rodamientos esféricos de empuje. Valores intermedios pueden ser usados para otros tipos de cojinetes. Si el bypass de apertura no está en buena condición o no es lo suficientemente largo, el aceite puede no pasar a través del cojinete.

Esto es una realidad particularmente para cojinetes que tienen bruscos ángulos de contacto (bolas de contacto angular, hileras de bolas, y cojinetes con rodamiento esférico de empuje) operando a gran velocidad, en cuyo caso una acción de bombeo causada por el diseño del cojinete interno puede causar resequedad de los cojinetes o inundación del sello se la flecha.

Un “Nivel constante de aceite” es una reserva de aceite montada en la carcasa del cojinete para remplazar aceite perdido de la carcasa del cojinete. Un vidrio trasparente es recomendado con estos dispositivos para permitir la correcta posición y exanimación del nivel del lubricante en la carcasa del cojinete.

El volumen mínimo recomendado V para cada cojinete en la carcasa esta estimado desde:

V = 0.02 a 0.1 DB

Donde:

V = volumen de aceite por cojinete, ml. D= diámetro interior del cojinete, mm. B = ancho del cojinete, mm.

67 Para aplicaciones con orientación de flecha vertical, los niveles de aceite están ligeramente por encima de la línea central vertical de los cojinetes. Los cojinetes de rodamiento esférico operando en un baño de aceite vertical deben estar completamente sumergidos.

Para cojinetes de rodamiento esférico con empuje, los niveles de aceite están posicionados a 0.6 o 0.8 tiempos de la carcasa del cojinete en la arandela alta, C. Los sellos de la flecha en estas aplicaciones es mejor proveerla por una fina manga cilíndrica dentro del soporte del anillo interno del cojinete.

La lubricación de baño de aceite horizontal representa la línea base de la fricción moderada del cojinete. La fricción con otros métodos de lubricación puede ser comparada con esta lubricación de baño de aceite.

La lubricación vertical de baño de aceite produce gran fricción si uno o más cojinetes están completamente sumergidos, posiblemente limitando la velocidad de operación.

Lubricación de anillo de aceite.

Un anillo de aceite es suspendido desde la flecha horizontal dentro de un baño de aceite debajo del cojinete, (figura 36). La rotación de la flecha y anillo derrama desde el baño dentro de la carcasa y los cojinetes. La carcasa canaliza el aceite a los cojinetes.

68 Los anillos de aceite están hechos de bronce o acero y puestos en la flecha. El diámetro interno de el anillo de aceite es generalmente de 1.6 a 2.0 veces que el diámetro de la flecha y puede tener ranuras para una mejor eficiencia.

Algunos deslizamientos pueden ocurrir entre el anillo de aceite y la flecha causando desgaste. La superficie de la flecha requiere un final de primera calidad para minimizar este desgaste.

La lubricación por anillo de aceite reduce el volumen de aceite en el cojinete y por lo tanto la fricción del cojinete. El gran tamaño de la carcasa del cojinete es necesario para el anillo de aceite mejorando la transferencia de calor desde los cojinetes y el aceite. Grandes velocidades de la flecha y muy baja viscosidad de lubricantes son posibles con lubricación con anillo de aceite por la baja fricción y mejor enfriamiento.

Lubricación por rocío de aceite.

Un roció de gotas de aceite atomizado es trasportada por compresores de aire a la carcasa donde este es reclasificada (precipitada) dentro de grandes gotas de aceite por un accesorio condensador y el cojinete, (figura 37). El vapor es producido por un generador de vapor y es presurizado ligeramente de bajo de la presión atmosférica.

FIGURA 37. LUBRICACIÓN POR ROCÍO DE ACEITE.

El roció de aceite proporciona finas gotas de limpieza, refresca y enfría al lubricante de los cojinetes. Los contaminantes están excluidos de los cojinetes por la presión del roció de aceite dentro de la carcasa del cojinete. El roció puede también ser suministrado a los cojinetes cuando las bombas están trabajando para protección máxima de los cojinetes de la contaminación y la condensación.

69 El roció de aceite puede ser introducido dentro de la carcasa del cojinete (roció indirecto) o directo al cojinete por una adecuada reclasificación. En ambos casos, la carcasa debe estar provista de un pequeño ventilador (3 mm diámetro) contario al punto sonde el roció entra a la carcasa o al cojinete. Esto es para permitir flujo libre del roció de aceite. Directamente el roció de aceite es recomendado si los valores de ndm

del cojinete son más grandes que 300,000 y si el cojinete soporta gran carga axial. Aceites sintéticos o desencerados son con frecuencia usados para lubricación de roció de aceite. Parafinas en aceites estándar pueden obstruir el pequeño roció adecuado. Los cojinetes pueden ser “purgados” lubricándolos con rocíos de aceite o “purificados” con lubricación de roció de aceite. La purga de roció de aceite combinado con la lubricación de roció de aceite es para cojinetes ya lubricados con un baño de aceite. La “purga” de roció de aceite purga contaminantes de los cojinetes y las protecciones contra la posible pérdida de lubricación por baño de aceite.

La “purificación” con roció de de aceite es sin el baño de aceite. Los cojinetes están lubricados solo por el lubricante limpio de roció y probablemente menos expuestos a contaminación. La purificación con lubricación de roció de aceite ha sido mostrada para mejorar significativamente la vida del cojinete.

La generación de roció de aceite debe estar adecuadamente resguardada con alarmas, para evitar fallas del cojinete en pruebas de falla de roció. Es recomendado pre lubricar los cojinetes con aceite similar o conectar los cojinetes al roció por un largo periodo de tiempo antes de dar marcha a la bomba para asegurar satisfactoriamente una correcta lubricación inicial.

Asuntos medioambientalistas pueden limitar el uso de la lubricación por roció de aceite. La carcasa del cojinete puede estar empotrada con sellos magnéticos en la flecha y colectores del aceite de roció para limitar las emisiones al medio ambiente.

La lubricación por roció de aceite minimiza la fricción de cojinetes. Lubricación con grasa

Los lubricantes tipo grasa son semilíquidos a sólidos dispersos de un agente jabonoso espeso en aceite mineral o sintético. El agente espeso es una “esponja” la cual separa aceite en pequeñas cantidades para lubricar el cojinete.

La grasa es seleccionada por su consistencia, estabilidad mecánica, resistencia al agua, viscosidad base del aceite y capacidad de temperatura. Grasas de jabón espeso litio son buenas en todos estos aspectos y son recomendadas para aplicaciones generales de bombeo.

La consistencia de la grasa es graduada por el instituto nacional de lubricantes tipo grasa (NLGI). Su selección consecuentemente está basada en el tamaño y tipo de cojinete usado. Consistencia de grasa NLGI 3 es recomendada para pequeños y medianos cojinetes de bola, operando bombas con orientación vertical de flecha y bombas que tienen una vibración considerable.

70 Consistencia de grasa NLGI 2 es recomendable para cojinetes con rodamientos y medianos a grandes cojinetes de bola. Consistencia de grasa NLGI 1 es recomendada para grandes cojinetes operando a baja velocidad.

La viscosidad base del aceite tipo grasa es seleccionado en una manera similar a la de los aceites lubricantes. La viscosidad base v de los aceites en la temperatura de operación de cojinetes deberá ser mayor que la viscosidad lubricante mínima requerida v1.

Las grasas con diferentes tipos de espesor y consistencia no deberán ser mezcladas. Algunos espesores son incompatibles con otros tipos de espesor. Mezclando diferentes grasas puede resultar una grasa con consistencia inaceptable. Grasas de poliuretano espesas son generalmente incompatibles con otras grasas metálicas espesas, aceites minerales y preservativos.

Los cojinetes y la cavidad adyacente de la carcasa esta generalmente relleno con un 30 a 50% de grasa al ensamblarla. El exceso de grasa es purgado por los cojinetes dentro de la cavidad de la carcasa. El periodo en que la grasa puede suministrar lubricación satisfactoria (vida de la grasa) depende de la calidad de la grasa, condiciones de operación y la efectividad de los sellos al excluir contaminación.

El catalogo general proporciona una guía para el intervalo del re engrasado y la cantidad de grasa a usar debe añadirse y re engrasarse. El intervalo de re engrasado (tf) del catalogo general está basado en el uso de grasa de litio con base de aceite mineral a 70°C (158°F) de temperatura.

El intervalo de re engrasado puede ser incrementado si la temperatura de operación es baja o si una grasa de calidad Premium es usada. El intervalo de re engrasado es reducido de las temperaturas del cojinete son mayores.

El intervalo de re engrasado es reducido a la mitad si la orientación es vertical. Es mejor proporcionar un recipiente debajo de los cojinetes para ayudar a retener la grasa. El recipiente deberá tener holgura con la flecha para permitir purgar el exceso de grasa, (figura 38).

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FIGURA 38. LUBRICACIÓN CON GRASA.

Temperaturas excesivas de los cojinetes pueden resultar si el cojinete y el espacio alrededor del cojinete está completamente repleto con grasa. La carcasa del cojinete deberá ser designada para purgar excesos de grasa desde el cojinete en el arranque y paro de la bomba.